用於右旋單槳船的預旋扇形導管的製作方法
2023-07-11 23:45:11 1
用於右旋單槳船的預旋扇形導管的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於右旋單槳船的預旋扇形導管，由第一至第四葉子以及弧形導板組成；從螺旋槳後側看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側從上到下依次設有第二葉子以及第一葉子，右側從上到下依次設有第三葉子以及第四葉子，第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為70°-80°，第二葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為25°-30°，第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為35°-45°，第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為70°-80°。與三葉的預旋三角導管相比，第三個葉片起到支撐和加強預旋作用的同時，處於空泡敏感區之外，不會對空泡性能造成負面影響。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及右旋單槳船的船體節能設備技術，更具體地說，是涉及一種用於 右旋單槳船的預旋扇形導管。 用於右旋單槳船的預旋扇形導管
【背景技術】
[0002] 在右旋單槳船的使用過程中，國內外的研究已經意識到通過改變螺旋槳進流方向 可以提高螺旋槳的推進效率從而達到節能的效果。目前採用的節能裝置有預旋鰭、預旋鰭 加全導管以及Mewis Duct等，但現有裝置存在螺旋漿推進效率低以及伴流不夠均勻等問 題。經過改進，雖然採用了 3個葉子的預旋三角導管，但仍然存在的強度、疲勞以及振動等 方面的問題。 實用新型內容
[0003] 針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種用於右旋單槳船的預 旋扇形導管，不僅減少螺旋槳尾流場中因旋轉損失的能量，提高螺旋槳推進效率，而且還能 夠均勻伴流，使螺旋槳工作更平穩，降低螺旋槳激振力，降低船體振動風險，使得附體結構 穩固，容易克服強度、疲勞振動等問題。
[0004] 為達到上述目的，本實用新型採用如下的技術方案：
[0005] -種用於右旋單槳船的預旋扇形導管，設於船尾的螺旋槳以及船體之間，
[0006] 由第一至第四葉子以及弧形導板組成；從螺旋槳後側看，螺旋槳槳轂縱向中心線 左側從上到下依次設有第二葉子以及第一葉子，右側從上到下依次設有第三葉子以及第四 葉子，所述第一葉子、第二葉子、第三葉子以及第四葉子的長度相等；所述第一葉子的葉根、 第二葉子的葉根、第三葉子的葉根以及第四葉子的葉根分別與螺旋槳軸套外側固定連接； 弧形導板的葉背分別與第一葉子的葉梢、第二葉子的葉梢、第三葉子的葉梢以及第四葉子 的葉梢固定連接；
[0007] 所述第一葉子的剖面、第二葉子的剖面、第三葉子的剖面、第四葉子的剖面以及導 板的剖面均為機翼型剖面；
[0008] 所述第一葉子的導邊、第二葉子的導邊、第三葉子的導邊、第四葉子的導邊以及弧 形導板的導邊均與船體側相對；第一葉子的隨邊、第二葉子的隨邊、第三葉子的隨邊、第四 葉子的隨邊以及導板的隨邊均與螺旋槳側相對；
[0009] 所述第一葉子的葉面朝下，葉背朝上；
[0010] 所述第四葉子的葉面朝上，葉背朝下；
[0011] 所述第二葉子的葉面與第一葉子的葉背相對；
[0012] 所述第三葉子的葉背與第四葉子的葉面相對；
[0013] 所述第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為70° -80°，所述第二葉 子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為25° -30°，所述第三葉子與螺旋槳槳轂縱向 中心線的夾角範圍為35° -45°，所述第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為 70° -80。。
[0014] 從葉根往葉梢的方向看，所述第一葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第 一葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角的範圍為 12。_17。；
[0015] 從葉根往葉梢的方向看，所述第二葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第 二葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角範圍為 10° -15。；
[0016] 從葉根往葉梢的方向看，所述第三葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第 三葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角範圍為 10° -15。；
[0017] 從葉根往葉梢的方向看，所述第四葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第 四葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角範圍為 14。-18。。
[0018] 所述第一葉子的厚度比、第二葉子的厚度比、第三葉子的厚度比以及第四葉子的 厚度比相等，所述厚度比的範圍為7-9。
[0019] 所述弧形導板的厚度比為7。
[0020] 所述第四葉子的長度為螺旋槳半徑的90%_105%。
[0021] 與現有技術相比，採用本實用新型的一種用於右旋單槳船的預旋扇形導管具有以 下的技術效果：
[0022] 本實用新型與現有的預旋鰭相比：其一，結構上更穩固，容易克服強度、疲勞振動 等問題；其二，同等情況下，可以使用厚度比更小的剖面，附加阻力更小，預旋效果更好；其 三，增加了上部部分導管的整流作用，對增加螺旋槳盤面的來流有好處，利於達到更好的節 能效果。與預旋鰭加全導管相比，避免了對底部良好進流場的無畏幹擾，減少節能附體的溼 表面積，因為現在的船體線型都經過了充分優化，伴流不存在明顯的缺陷。與Mewis Duct相 t匕，本實用新型的預旋三角導管與螺旋槳軸線同心，有利於加工和定位。與預旋三角導管相 t匕(三葉)，更穩固結構，更均勻的預旋效果，第三個葉片起到支撐和加強預旋作用的同時， 處於空泡敏感區之外，不會對空泡性能造成負面影響；並且，四個葉子對弧形導管有更好的 支撐(相對於三葉)，採用四個葉子時還可以減小葉子的厚度比。
[0023] 總之，本實用新型涉及一種採用槳前預旋原理和加速螺旋槳上部進流，使螺旋槳 盤面進流更加均勻的船體節能設備，重點在於降低螺旋槳尾流場因旋轉而損失的能量，提 高螺旋槳推進效率及減少因尾部流動分離而附加的形狀阻力。通過實驗可知，4葉和3葉節 能效果差別不大，但採用四個葉子在強度、疲勞以及振動等方面的效果更好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型安裝在船體的船尾的安裝示意圖；
[0025] 圖2為圖1中從A向看本實用新型的用於右旋單槳船的預旋扇形導管的結構示意 圖；
[0026] 圖3為本實用新型的葉子與導管的剖面示意圖；
[0027] 圖4為本實用新型的四片葉子以及弧形導管的機翼型剖面定義示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖以及實施例進一步說明本實用新型的技術方案。
[0029] 根據CFD計算的或者船模試驗測量的船體伴流特點和螺旋槳旋轉方向等特徵，實 用新型一種裝於中低速船船尾的槳前完全非對稱布置的預旋三角導管，以提高推進效率， 均勻伴流，降低船體振動風險。
[0030] 如圖1、圖2所示的一種用於右旋單槳船的預旋扇形導管，設於船尾的螺旋槳20以 及船體21之間，從螺旋槳20後側看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側的船尾從上到下設有第二 葉子12、第一葉子11，螺旋槳槳轂縱向中心線右側的船尾從上到下設有第三葉子13、第四 葉子14,第一葉子11、第二葉子12、第三葉子13以及第四葉子14的長度相等；第一葉子11 的葉根、第二葉子12的葉根、第三葉子13的葉根以及第四葉子14的葉根分別與螺旋槳軸 套22外側固定連接；弧形導板14的葉背分別與第一葉子11的葉梢、第二葉子12的葉梢、 第三葉子13的葉梢以及第四葉子14的葉梢固定連接；
[0031] 第一葉子的剖面、第二葉子的剖面、第三葉子的剖面、第四葉子的剖面以及導板的 剖面均為機翼型剖面；
[0032] 第一葉子的導邊、第二葉子的導邊、第三葉子的導邊、第四葉子的導邊以及弧形導 板的導邊均與船體側相對；第一葉子的隨邊、第二葉子的隨邊、第三葉子的隨邊、第四葉子 的隨邊以及導板的隨邊均與螺旋槳側相對；
[0033] 第一葉子的葉面朝下，葉背朝上；
[0034] 第四葉子的葉面朝上，葉背朝下；
[0035] 第二葉子的葉面與第一葉子的葉背相對；
[0036] 第三葉子的葉背與第四葉子的葉面相對；
[0037] 其中，第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角B1範圍為70° -80° (圖1中採 用較佳的角度72° )，第二葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角B2範圍為25° -30° (圖1 中採用較佳的角度28° )，第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角B3範圍為35° -45° (圖1中採用較佳的角度42° )，第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角Μ範圍為 70° -80° (圖1中採用較佳的角度72° )，這樣可以加速螺旋槳上部進流，使螺旋槳盤面 進流更加均勻，提高螺旋槳推進效率。
[0038] 從葉根往葉梢的方向看，所述第一葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸 套的軸線的夾角al為第一葉子的葉面沿軸線逆時針旋轉12° -17° (圖1中採用較佳的 角度17° );所述第二葉子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角a2為 第二葉子的葉面沿軸線逆時針旋轉10° -15° (圖1中採用較佳的角度15° );所述第三葉 子的葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角a3為第三葉子的頁面沿軸線 逆時針旋轉10° -15° (圖1中採用較佳的角度15° )，所述第四葉子的葉面在螺旋槳軸套 上的投影與螺旋槳軸套的軸線的夾角a3為第四葉子的頁面沿軸線逆時針旋轉14° -18° (圖1中採用較佳的角度18° )，採用槳前預旋原理，重點在於降低螺旋槳尾流場因旋轉而 損失的能量，提高螺旋槳推進效率。
[0039] 再請參見圖3所示，第一葉子11的厚度比、第二葉子12的厚度比、第三葉子13的 厚度比以及第四葉子14的厚度比相等，厚度比的範圍在7-9之間，弧形導板15的厚度比為 7。需要說明的是，在滿足結構強度要求的情況下，厚度比越小越好，可以減小摩擦阻力，上 面所定的厚度比是通過有限元軟體進行計算的得到的。
[0040] 本實用新型由4片完全非對稱布置的葉子和弧形導板組成，葉子的剖面形狀和導 板的剖面形狀選取NACA翼形中阻升比小的系列，其強度需要根據葉子和導板所受動載荷 進行核算。預旋扇形導管的布置見圖1，其基本布置原則是針對常規的右旋單槳船左側2片 葉子，右側2片葉子。
[0041] 根據我們的研究，葉子的長度也要在一定的範圍內才能保證良好的節能效果，葉 子的外梢端要在90%R-105%R的範圍內，其中R為螺旋槳半徑。
[0042] 該設備加裝於螺旋槳前的船體上，通過改變流場方向來產生槳前的預旋轉流場， 從而達到減少能量損失，提高螺旋槳推進效率的目的。在針對船舶尾流場特點進行詳細的 葉子布置和旋轉角度優化以後，可以達到可觀的節能效果。同時，要結合尾部的水動力載荷 和船體運動來確定葉子和三角導管上的動載荷，進而校核強度。
[0043] 例如：本實用新型的預旋扇形導管應用CFD軟體進行葉子布置和角度優化後，安 裝於38800dwt散貨船上，在HSVA進行船模試驗，預報結果：在14節，減少功率消耗2%。 [0044] 需要說明的是，所述四片葉子以及弧形導板的剖面均為機翼型剖面，機翼型剖面 的定義如圖4所示，其中，81為機翼型剖面的葉面、82為機翼型剖面的葉背、83為機翼型剖 面的導邊、84為機翼型剖面的隨邊。
[0045] 本【技術領域】中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新 型的目的，而並非用作對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質範圍內，對以上所述 實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求的範圍內。
【權利要求】
1. 一種用於右旋單槳船的預旋扇形導管，設於船尾的螺旋槳以及船體之間，其特徵在 於： 由第一至第四葉子以及弧形導板組成；從螺旋槳後側看，螺旋槳槳轂縱向中心線左側 從上到下依次設有第二葉子以及第一葉子，右側從上到下依次設有第三葉子以及第四葉 子，所述第一葉子、第二葉子、第三葉子以及第四葉子的長度相等；所述第一葉子的葉根、第 二葉子的葉根、第三葉子的葉根以及第四葉子的葉根分別與螺旋槳軸套外側固定連接；弧 形導板的葉背分別與第一葉子的葉梢、第二葉子的葉梢、第三葉子的葉梢以及第四葉子的 葉梢固定連接； 所述第一葉子的剖面、第二葉子的剖面、第三葉子的剖面、第四葉子的剖面以及導板的 剖面均為機翼型剖面； 所述第一葉子的導邊、第二葉子的導邊、第三葉子的導邊、第四葉子的導邊以及弧形導 板的導邊均與船體側相對；第一葉子的隨邊、第二葉子的隨邊、第三葉子的隨邊、第四葉子 的隨邊以及導板的隨邊均與螺旋槳側相對； 所述第一葉子的葉面朝下，葉背朝上； 所述第四葉子的葉面朝上，葉背朝下； 所述第二葉子的葉面與第一葉子的葉背相對； 所述第三葉子的葉背與第四葉子的葉面相對； 所述第一葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為70° -80°，所述第二葉子與螺 旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為25° -30°，所述第三葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的 夾角範圍為35° -45°，所述第四葉子與螺旋槳槳轂縱向中心線的夾角範圍為70° -80°。
2. 根據權利要求1所述的預旋扇形導管，其特徵在於： 從葉根往葉梢的方向看，所述第一葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第一葉子的 葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角的範圍為12° -17° ; 從葉根往葉梢的方向看，所述第二葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第二葉子的 葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角範圍為10° -15° ; 從葉根往葉梢的方向看，所述第三葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第三葉子的 葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角範圍為10° -15° ; 從葉根往葉梢的方向看，所述第四葉子的葉面沿其軸線逆時針旋轉，所述第四葉子的 葉面在螺旋槳軸套上的投影與螺旋槳軸套的軸線構成夾角，該夾角範圍為14° -18°。
3. 根據權利要求1所述的預旋扇形導管，其特徵在於： 所述第一葉子的厚度比、第二葉子的厚度比、第三葉子的厚度比以及第四葉子的厚度 比相等，所述厚度比的範圍為7-9。
4. 根據權利要求1所述的預旋扇形導管，其特徵在於： 所述弧形導板的厚度比為7。
5. 根據權利要求1所述的預旋扇形導管，其特徵在於： 所述第四葉子的長度為螺旋槳半徑的90%-105%。
【文檔編號】B63H1/28GK203902828SQ201420043474
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】周志勇, 王剛毅, 程宣愷, 陸琛亮 申請人:上海船舶研究設計院